curso de fibra Óptica -resumo

Comunicações ópticas

A fibra óptica

Fibra óptica

• Quando ouvimos falar sobre comunicação óptica, logo

associamos o assunto ao uso de fibra óptica.

• A comunicação utilizando fibra óptica é realizada através do

envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de

frequência do infravermelho, 1012 a 1014 Hertz;

• A fibra óptica é um filamento de vidro transparente e com

alto grau de pureza.

25/03/2015 Julyana Leite 3

Fibra óptica

• A fibra óptica é um filamento de vidro transparente ecom alto grau de pureza.

Fonte da imagem: http://www.clikeveja.com/wp-content/uploads/2010/11/fibra-4621.jpg


Fibra óptica

• É tão fino quanto um fio de cabelo, podendocarregar milhares de informações digitais a longasdistâncias sem perdas significativas.

Fonte da imagem:http://lucianaweb.com/blog/beleza-e-saude/estrutura-capilar/

Fonte da imagem:http://www.hveragerdi.is/thumb/1600/images/sent/533eda8b7b2ea.jpg



Fonte da imagem: http://cable-jet.com/wp-content/uploads/2013/12/cable-fibra-optica.jpg

Fibra óptica

• Ao redor do filamento existem outras substâncias demenor índice de refração, que fazem com que osraios sejam refletidos internamente, minimizandoassim as perdas de transmissão.

Fonte da imagem: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/imagens/010110120206-fibra-optica-eletronica.jpg


Fonte da imagem: http://www.cianet.ind.br/img/imagens/tecnologias/fibra_optica_estrutura_corte_fibra_optica.jpg


Aplicação


Fonte da imagem: http://www.tecmundo.com.br/imagens//materias/9862/infografico-tecmundo-9862.jpg

Fibra óptica

VANTAGENS

• perdas de transmissão baixa e

banda passante grande

• pequeno tamanho e peso

• imunidade a interferências

• isolação elétrica

• segurança do sinal

• matéria-prima abundante

DESVANTAGENS

• dificuldade de conexões das

fibras ópticas

• fragilidade das fibras ópticas

• impossibilidade de

alimentação remota de

repetidores

• não deve ser instalada em

ambientes radioativos


Fibra óptica

• Os sistemas de comunicações baseados em fibraópticos utilizam lasers ou dispositivos emissores deluz (LEDS).

Fonte da imagem:http://laser-shop.cz/img/p/9/7/5/975-large.jpg

Fonte da imagem: http://thumbs4.ebaystatic.com/m/mwiou_Exvuh3_JthWYu3DpQ/140.jpg



Fonte da imagem:http://contembits.com.br/imagens/RaioX/Monitores/LED.jpg

Fonte da imagem:http://www.wavespectrum-laser.com/admin/infofiles/files/images/000000117.png


a073.104d S

THE VISIBLE SPECTRUM

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

Near Ultraviolet Visible Near Infrared

(Germicidal and

Fluorescent Effects)

Wavelength in Nanometers

"WHITE LIGHT"

1350

1400

1450

1500

1550

1600

FirstWindow

ThirdWindow

SecondWindow

Violet

Green

Yellow

Orange

Red

Breve Histórico


Revisão de ótica geométrica


A natureza da luz

• A luz pode ser descrita como uma ondaeletromagnética, como as ondas de rádio, radar,raios X, ou microondas, com valores de frequências ecomprimentos de onda (λ) distintos que variam de400nm a 700nm, para luz visível.


Princípios básicos

Os princípios em que se baseia a Óptica Geométrica são três:

– Propagação Retilínea da Luz

– Independência dos Raios de Luz

– Reversibilidade dos Raios de Luz



Propagação Retilínea da Luz:

Em um meio homogêneo e transparente a luz sepropaga em linha reta. Cada uma dessas "retas de luz"é chamada de raio de luz.

Fonte da imagem:http://www.fisicapaidegua.com/teoria/optica/sombramao.jpg



Independência dos Raios deLuz:

Quando dois raios deluz se cruzam, um nãointerfere na trajetória dooutro, cada um secomportando como se ooutro não existisse.

Fonte da imagem:http://www.cescage.com.br/ead/adm/shared/fotos/196d1b38ef1bcd137a447049e7ad4694.jpg



Reversibilidade dos Raios de Luz:

Se revertermos o sentido de propagação de umraio de luz ele continua a percorrer a mesmatrajetória, em sentido contrário.

Fonte da imagem:http://www.babies.co.nz/ic/327988683/Safety%201st%20Baby%20View%20Mirror.jpg


Meios ópticos

TRANSPARENTE OPACOTRANSLÚCIDO

Fonte da imagem:http://craft-stop.com/images/glass-vase.jpg

Fonte da imagem:http://mlb-s1-p.mlstatic.com/13950-MLB196979953_3816-R.jpg

Fonte da imagem:http://temperclub.com.br/images/img/jateado4.jpg


Propriedades Óticas do Meio

Ao incidir sobre uma superfície que separa dois meios

de propagação, a luz sofre algum, ou mais do que um,

dos fenômenos a seguir:

– Reflexão

– Refração

– Absorção


Reflexão

A luz que incide na superfície e retorna ao mesmomeio, regularmente, ou seja, os raios incidentes erefletidos são paralelos. Ocorre em superfíciesmetálicas bem polidas, como espelhos.

Fonte da imagem:http://1.bp.blogspot.com/-2TiJ9VRl4c4/UbJp5xTZLLI/AAAAAAAAALM/vzCuUmfz0aw/s1600/8f_15_02.jpg


Refração

É o fenômeno que ocorre com a luz ao passar de ummeio para outro, durante esta passagem o raio de luzsofre alteração na sua velocidade e direção

Fonte da imagem:http://www.sobiologia.com.br/figuras/oitava_serie/refracao2.jpg


Refração


Refração

Fonte da imagem:http://images.slideplayer.com.br/1/52621/slides/slide_3.jpg

Fonte da imagem:http://www.geocities.ws/saladefisica8/optica/refracao20.jpg

Fonte da imagem:http://3.bp.blogspot.com/_AX0lXdomqVY/Sy4YicmJgvI/AAAAAAAAABw/uHZrJqcdt9w/s200/refractus-lapis.jpg


Absorção

A luz incide na superfície, no entanto não é refletida enem refratada, sendo absorvida pelo corpo, eaquecendo-o. Ocorre em corpos de superfície escura.

ABSORÇÃO


Leis de Snell

LEI DA REFLEXÃO

• O raio refletido está contido no plano de incidência,e Ø1’ = Ø2’ (Reflexão)

Fonte da imagem:http://www.aulas-fisica-quimica.com/imagens/8f_15_09.jpg


Leis de Snell

LEI DA REFRAÇÃO

• O raio refratado está contido no plano de incidência,

e

n1 . sen θ1 = n2 . sen θ2


θ1

θ2

Ângulo incidente

Ângulo refratado

AR (meio 1)

ÁGUA (meio 2)

n1

n2


Índice de refração

• É a relação que existe entre a velocidade da luz novácuo e a velocidade da luz no meio. Usado paracalcular a diferença entre o ângulo de incidência e oângulo de refração. Dado por:

n= cv

Onde:n= índice de refraçãoc= velocidade da luz no vácuov= velocidade da luz no meio

₈

C= 3x10 m/s


Índice de refração

Substância Índice de refração

Ar 1,00

Água 1,333

Álcool etílico 1,362

Acetona 1,357

Querosene 1,448


Reflexão total

Na natureza, existem casos em que, dependendo

do ângulo de incidência e do meio pelo qual a luz está

vindo, não ocorre a refração, mas somente a reflexão.

Esse fenômeno é conhecido como reflexão total.


Ângulo crítico

Pôde-se observar que, a partir de determinado

ângulo de incidência, não há mais refração. Esse ângulo

é denominado ângulo limite ou ângulo crítico.

Calculado por:

Θc= sen -1 (n2/n1) Onde n1<n2


Abertura Numérica (AN)

Define-se como o ângulo formado entre

um eixo imaginário E, localizado no centro de

uma Fibra Óptica, e um raio de luz incidente, de

tal forma que este consiga sofrer a primeira

reflexão, necessária para a luz se propagar ao

longo da Fibra


Casca

Cone de Aceitação

Núcleo

AN= seno máx = 𝒏𝟏𝟐 − 𝒏𝟐

𝟐

Abertura Numérica (AN)


Exercício

1. Uma fibra óptica possui um núcleo com 50µm de diâmetro eíndice de refração igual a 1,50. Sua casca tem um diâmetrode 125µm e índice de refração igual a 1,48. Determine oângulo crítico entre o núcleo e a casca, a abertura numéricae o ângulo máximo de captação na face da fibra.

Resposta: AN= 14,13°

14,13°28,26°


Processos de fabricação

OVD, VAD, MCVD, PCVD

Fabricação das fibras ópticas

• Os materiais básicos usados na fabricação de fibras ópticas são

sílica pura ou dopada, vidro composto e plástico.

• As fibras ópticas fabricadas de sílica pura ou dopada são as que

apresentam as melhores características de transmissão e são

as usadas em sistemas de telecomunicações.

Fonte da imagem:http://www.desiccantpacks.net/wp-content/uploads/2011/03/silica-gel-packets.jpg


Fabricação das fibras ópticas

• As fibras ópticas fabricadas de vidro composto e plástico não

tem boas características de transmissão (possuem alta

atenuação e baixa largura de banda passante) e são

empregadas em sistemas de telecomunicações de baixa

capacidade e pequenas distâncias e sistemas de iluminação.

Fone da imagem:http://1.bp.blogspot.com/_opap48c2D4U/TA7eQCv4YrI/AAAAAAAAABQ/8T_SAjNOPSk/s1600/fibra-optica2%5B1%5D.jpg


Fabricação de fibras de sílica pura

• Existem 4 tipos de processos de fabricação deste tipo de fibra

e a diferença entre eles está na etapa de fabricação da pré-

forma (bastão que contém todas as características da fibra

óptica, mas possui dimensões macroscópicas). A segunda

etapa de fabricação da fibra, o puxamento, é comum a todos

os processos.


MCVD

• Consiste na deposição de camadas de materiais (vidros especiais)

no interior de um tubo de sílica pura (SiO2).

• O tubo de sílica é o que fará o papel de casca da fibra óptica,

enquanto que os materiais que são depositados farão o papel do

núcleo da fibra.

• Por esse processo, obtêm-se fibras de boa qualidade porque a

reação que ocorre no interior do tubo não tem contato com o meio

externo.


Fonte da imagem: http://www.fibracem.com.br/ckfinder/images/Esquema%201.png


PVCD

• Ao invés de usar um maçarico de oxigênio e hidrogênio, usa-

se um plasma não isotérmico formado por uma cavidade

ressonante de micro-ondas para a estimulação dos gases no

interior do tubo de sílica.

• Neste processo, não é necessária a rotação do tubo em torno

de seu eixo, pois a deposição uniforme é obtida devido à

simetria circular da cavidade ressoante.


FONTES DE

GASES

UNIDADE DE COMANDO

BOMBA DE

VÁCUO

PLASMA NÃO ISOTÉRMICO

CAVIDADE RESSONANTE DE MICRO-ONDAS

TUBO DE SÍLICA

FORNO ELÉTRICO


OVD

• Este processo baseia-se no crescimento da pré-forma a partir de

uma semente, que é feita de cerâmica ou grafite, também chamada

de mandril.

• Os reagentes são lançados pelo próprio maçarico e os cristais de

vidro são depositados no mandril através de camadas sucessivas.

• Nesse processo ocorre a deposição do núcleo e também da casa, e

obtêm-se pré-formas de diâmetro relativamente grande, o que

proporcionam fibras de grande comprimento (40 km ou mais).


QUEIMADOR

FLUXO DE GASES + CLORETO

PRÉ FORMA POROSA

MANDRIL

FORNO ELÉTRICO ≈1500°CPRÉ FORMA

SINTETIZADA


VAD

• A casca e o núcleo são depositados mas no sentido do eixo da

fibra (sentido axial).

• Utilizam-se dois queimadores que criam a distribuição de

temperatura desejada e também injetam os gases

(reagentes).


QUEIMADOR

FLUXO DE MATERIAIS

PRÉ FORMA POROSA

MANDRIL

FORNO ELÉTRICO

PRÉ FORMA TRANSPARENTE


Puxamento

• Obtida a pré-forma, por qualquer um

dos métodos descritos, esta é levada

a uma estrutura vertical chamada

torre de puxamento e é fixada num

alimentador que a introduz num

forno.

Fonte da imagem: http://4.bp.blogspot.com/_8nq81i5EmSc/SHQFEuGj5QI/AAAAAAAAADM/RNzwwyvExKc/s400/imagem2.JPG


Classificação das fibras

MONOMOMO E MULTIMODO

Classificação de fibras

• A classificação mais usada é quanto as

características de propagação:

– Monomodo (single mode-SM)

– Multimodo (multi mode – MM)


Fibras multimodo (MM)

• Foram as primeiras a serem comercializadas;

• Fibras multimodo garantem a emissão de vários sinais ao

mesmo tempo (geralmente utilizam LEDs para a emissão);

• Esse tipo de fibra é mais recomendado para transmissões de

curtas distâncias, pois garante apenas 300 metros de

transmissões sem perdas.



125 125

50 62.5

Fibras monomodo (SM)

• Só podem atender a um sinal por vez.

• Uma única fonte de luz (na maior parte das vezes, laser) envia

as informações por enormes distâncias;

• Apresentam menos dispersão, por isso pode haver distâncias

muito grandes entre retransmissores.


8-10 µm

125 µm



Fonte da imagem: http://www.pantojaindustrial.com/uploads/at3.jpg

Proteções dos cabos ópticos

KEVLAR, THIGHT, LOOSE, RIBBON, GROOVE

Proteções no cabos ópticos

• Ao reunirmos várias fibra em um cabo óptico algumas

proteções são necessárias a fim de proporcionarem

resistência mecânica e amparo contra intempéries .



Cabos tipo Loose

• As fibras são alojadas dentro de um tubo cujo diâmetro é

muito maior que os das fibras;

• Dentro deste tubo pode ser aplicado um gel derivado de

petróleo para criar isolamento da umidade externa.

Fonte da imagem: http://thumbs.dreamstime.com/z/cabo-de-fibra-%C3%B3ptica-descascado-29373948.jpg


Cabos tipo Tight

• As fibras recebem um revestimento secundário de nylon ou

poliéster;

• Após receberem este revestimento, são agrupadas juntas com

um elemento de tração que irá dar-lhe resistência mecânica;

Fonte da imagem:http://www.cianet.ind.br/img/imagens/tecnologias/fibra_optica_cabo.jpg


Cabos tipo Groove

• As fibras ópticas são acomodadas soltas em uma estrutura

interna do tipo ESTRELA;

• Esta estrutura apresenta um elemento de tração ou elemento

tensor incorporada em seu interior, a função básica deste

elemento é de dar resistência mecânica ao conjunto.

ESPAÇADOR

FIBRA ÓPTICA CABO EXTERNO

ELEMENTO TENSOR


Cabos tipo Ribbon

• As fibras são agrupadas horizontalmente e envolvidas por

uma camada de plástico, tornando-se um conjunto compacto;

• Estes conjuntos são alojados nas ranhuras das estruturas

estrelares do cabo tipo groove.

Fonte da imagemhttp://i01.i.aliimg.com/photo/v0/275475229/Optical_fiber_ribbon.jpg


Fone da imagem: http://www.curso-fibra-optica.com.br/imgs/curso-fibra-optica/imgs_artigos/tipos_cabos/fibra_optica_ribbon.jpg


Kevlar

• Após o buffer a fibra é protegida por uma malha de fibras

protetoras, composta de fibras de kevlar;

• Sua função de evitar que o cabo seja danificado ou partido

quando puxado;

Fone da imagem:http://www.clubedohardware.com.br/imageview.php?image=1033

Fonte da imagem:http://www.latinoseguridad.com/LatinoSeguridad/SPX/kevlar.jpg


Janelas de transmissão

Janelas de transmissão

• O espectro de transmissão óptico é referenciado em termos

de comprimento de onda (λ), diferenciando assim sistemas

ópticos de sistemas eletromagnéticos (micro-ondas);

• Das 3 janelas de transmissão mais usadas, a de 850nm é a que

apresenta maior atenuação e a de 1550nm, a menor.

• A faixa ao redor de 1400nm não pode ser utilizada devido sua

alta atenuação, causada pela absorção do radical -OH (pico

d’água).


800 1000 1200 1400 1600

Baixa Perda

850nm

1ª Janela

1300/1310nm

2ª Janela

1550nm

3ª Janela

Atenuação

da fibra

dB

Comprimento de onda

Janelas de Transmissão

Alto custo


Transmissores e receptores

Fontes de luz e fotodetectores

Transmissores

• Os transmissores são responsáveis por inserir, nas fibras,

pulsos de luz que transportam informações.

• Conhecidos pela sigla TX.

• Os mais usados são:

– LED;

– LASER;

– VCSEL;


LED

• Diodo emissor de luz;

• São usados quase sempre com fibras multimodo;

• Possuem baixo Custo

• Operam na janela de transmissão de 850 nm;

• Comumente utilizados em sistemas com uma taxa de

transmissão relativamente pequena – 155 Mbps;


LED

Vantagens Desvantagens

Mais simples de serem instalados

Potência óptica menor (sinal mais fraco)

Maior tempo de vida Largura do espectro maior

Circuitos Drivers menos complexos

Chaveamento mais lento

Menos sensível a variações nas condições atmosféricas

Emissão muito divergente

Baixo custo Pequena taxa de transmissão


LASER

• Luz Amplificada pela Emissão Estimulada de Radiação

• Sua luz é direcionada, com pequena divergência, dispersão

(espalhamento da luz).

• Essa característica, também importante em fibras ópticas,

acarretará um melhor ou pior acoplamento de luz no núcleo

da fibra óptica.

• Possui uma cavidade óptica (Fabry-Perot) que possibilita a

realimentação de luz gerada, estimulando a emissão.


ATENÇÃO

• NUNCA olhe diretamente para a ponta de uma fibra óptica se

você não souber onde a outra ponta está conectada. Se

houver um transmissor ativo, você não verá a luz, mas estará

prejudicando a sua retina, podendo causar graves danos a

visão.

Infravermelho


LEDxLASER

Características LED LASER

Custo menor maior

Utilização simples complexa

Largura do espectro larga estreita

Tempo de vida maior menor

Velocidade lento rápido

Divergência na emissão maior menor

Acoplamento à fibra pior Melhor

Sensibilidade a temperatura menor maior

Potência óptica baixa alta


VCSEL

• Laser de Emissão por superfície de cavidade vertical ;

• É o laser do semicondutor que emite luz em um feixe

cilíndrico verticalmente a superfície do wafer onde é

fabricado é semelhante ao laser tradicional, porém sua

emissão de luz é similar ao LED

Fonte da imagem:http://www.lasercomponents.com/fileadmin/user_upload/home/Dateien/Newsbilder/ULM_VCSEL.jpg


Fotodetectores

• São usados na extremidade da fibra conectada ao receptor,

sendo dispositivos que convertem os sinais luminosos

aplicados em corrente elétrica.

• Existem dois tipos:

– PIN

– APD


PIN

• Independente do tipo de fibra os detectores PIN geralmente

operam na região entre 850 a 1310 µm;

Vantagens Desvantagens

Mais robusto que os detectores APL Poder de detecção de sinais de baixa potência menos que osdetectores APD

Tecnologia e aplicação menos dispendiosa

Tempo de resposta menor que os demais detectores

Menos material semicondutor A relação sinal / ruído desfavorece este tipo de detector

Vida útil maior que os demais detectores


APD

• Sua principal vantagem é uma elevada relação de sinal-ruído,

especialmente a altas taxas de bits.

• Combinam a detecção de sinais ópticos com amplificação

(ganho) interna da foto corrente.

• Características:

– Pequena taxa de fótons

– Alta velocidade de resposta

– Alta sensibilidade


PINxAPD

Características PIN APD

Sensibilidade menor maior

Linearidade maior menor

Relação sinal/ruído pior melhor

Custo baixo alto

Vida útil maior menor

Tempo de resposta maior menor

Circuitos de polarização simples complexo

Sensibilidade a temperatura menor maior


Classificação ISO 11801

OM1, OM2, OM3, OM4, OS1 e OS2

Classificação quanto ao comprimento de onda

TIPO DE FIBRA DIÂMETRO DO NÚCLEO

OM1 (multimodo) 62,5 µm

OM2 (multimodo) 50 µm



OS1 (monomodo) 9 µm

OS2 (monomodo) 9 µm


Referências

• http://www.curso-fibra-optica.com.br/artigos/tipos-de-cabo-de-fibra-optica

• http://www.tecnolan.com.br/noticias/fibras-multimodo-om4-continua-evolucao/

• http://webdig.com.br/17433/brasil-cabos-submarinos-satelites/#ixzz3DU7VoUN5

• http://www.sj.ifsc.edu.br/~mdoniak/SistemasOpticos/ComunicacoesOpticas_1.pdf

• http://www1.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html#ng-8-1• http://www.linhadetransmissao.com.br/tecnica/fibraoptica_caracte

risticas_dispersao.htm• http://www.futurecom.com.br/blog/dicionario-telecom-fttx-para-

leigos/


http://www.curso-fibra-optica.com.br/artigos/tipos-de-cabo-de-fibra-optica

http://www.tecnolan.com.br/noticias/fibras-multimodo-om4-continua-evolucao/

http://webdig.com.br/17433/brasil-cabos-submarinos-satelites/#ixzz3DU7VoUN5

http://www.sj.ifsc.edu.br/~mdoniak/SistemasOpticos/ComunicacoesOpticas_1.pdf

http://www1.rnp.br/newsgen/0203/fibras_opticas.html#ng-8-1

http://www.linhadetransmissao.com.br/tecnica/fibraoptica_caracteristicas_dispersao.htm

http://www.futurecom.com.br/blog/dicionario-telecom-fttx-para-leigos/

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